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一.简介
Zookeeper是一个分布式协调服务，就是为用户的分布式应用程序提供协调服务。
Zookeeper本身就是一个分布式程序（只要有半数以上节点存活，zk就能正常服务）。
Zookeeper所提供的服务涵盖：主从协调、服务器节点动态上下线、统一配置管理、分布式共享锁、统一名称服务……
虽然说可以提供各种服务，但是zookeeper在底层其实只提供了两个功能：
管理(存储，读取)用户程序提交的数据；
并为用户程序提供数据节点监听服务；
Zookeeper集群的角色： Leader 和 follower （Observer）
只要集群中有半数以上节点存活，集群就能提供服务
二.结构
特性
1.Zookeeper：一个leader，多个follower组成的集群
2.全局数据一致：每个server保存一份相同的数据副本，client无论连接到哪个server，数据都是一致的
3.分布式读写，更新请求转发，由leader实施
4.更新请求顺序进行，来自同一个client的更新请求按其发送顺序依次执行
5.数据更新原子性，一次数据更新要么成功，要么失败
6.实时性，在一定时间范围内，client能读到最新数据
结构
1.层次化的目录结构，命名符合常规文件系统规范(见下图)
2.每个节点在zookeeper中叫做znode,并且其有一个唯一的路径标识
3.节点Znode可以包含数据和子节点（但是EPHEMERAL类型的节点不能有子节点）
4.客户端应用可以在节点上设置监视器
节点类型
1.Znode有两种类型：
短暂（ephemeral）（断开连接自己删除）
持久（persistent）（断开连接不删除）
2.Znode有四种形式的目录节点（默认是persistent ）
PERSISTENT
PERSISTENT_SEQUENTIAL（持久序列/test0000000019 ）
EPHEMERAL
EPHEMERAL_SEQUENTIAL
3.创建znode时设置顺序标识，znode名称后会附加一个值，顺序号是一个单调递增的计数器，由父节点维护。
4.在分布式系统中，顺序号可以被用于为所有的事件进行全局排序，这样客户端可以通过顺序号推断事件的顺序。
三.原理
zookeeper的选举机制（集群paxos）
以一个简单的例子来说明整个选举的过程.
假设有五台服务器组成的zookeeper集群,它们的id从1-5,同时它们都是最新启动的,也就是没有历史数据,在存放数据量这一点上,都是一样的.假设这些服务器依序启动,来看看会发生什么.
1. 服务器1启动,此时只有它一台服务器启动了,它发出去的报没有任何响应,所以它的选举状态一直是LOOKING状态。
2.服务器2启动,它与最开始启动的服务器1进行通信,互相交换自己的选举结果,由于两者都没有历史数据,所以id值较大的服务器2胜出,但是由于没有达到超过半数以上的服务器都同意选举它(这个例子中的半数以上是3),所以服务器1,2还是继续保持LOOKING状态。
3.服务器3启动,根据前面的理论分析,服务器3成为服务器1,2,3中的老大,而与上面不同的是,此时有三台服务器选举了它,所以它成为了这次选举的leader。
4. 服务器4启动,根据前面的分析,理论上服务器4应该是服务器1,2,3,4中最大的,但是由于前面已经有半数以上的服务器选举了服务器3,所以它只能接收当小弟的命了。
5.服务器5启动,同4一样,当小弟.
非全新集群的选举机制(数据恢复)
那么，初始化的时候，是按照上述的说明进行选举的，但是当zookeeper运行了一段时间之后，有机器down掉，重新选举时，选举过程就相对复杂了。
需要加入数据id、leader id和逻辑时钟。
数据id：数据新的id就大，数据每次更新都会更新id。
Leader id：就是我们配置的myid中的值，每个机器一个。
逻辑时钟：这个值从0开始递增,每次选举对应一个值,也就是说: 如果在同一次选举中,那么这个值应该是一致的 ; 逻辑时钟值越大,说明这一次选举leader的进程更新。
选举的标准就变成：
1.逻辑时钟小的选举结果被忽略，重新投票
2.统一逻辑时钟后，数据id大的胜出
3.数据id相同的情况下，leader id大的胜出
根据这个规则选出leader。
四.示例
Zookeeper的监听器工作机制
监听器是一个接口，我们的代码中可以实现Wather这个接口，实现其中的process方法，方法中即我们自己的业务逻辑
监听器的注册是在获取数据的操作中实现：
getData(path,watch)监听的事件是：节点数据变化事件
getChildren(path,watch)监听的事件是：节点下的子节点增减变化事件
服务端
public class DistributedServer {
private static final String host = "localhost:2181";
private static final int sessionTimeout = 2000;
private static final String parentNode = "/servers/";
private ZooKeeper zk = null;
/**
* 创建到zk的客户端连接
*
* @throws Exception
*/
public void getConnect() throws Exception {
zk = new ZooKeeper(host, sessionTimeout, new Watcher() {
@Override
public void process(WatchedEvent event) {
// 收到事件通知后的回调函数
System.out.println(event.getType() + "__" + event.getPath());
try {
zk.getChildren("/", true);
} catch (Exception e) {
}
}
});
}
/**
* 向zk集群注册服务器信息
* ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE 默认匿名权限，权限scheme id：'world,'anyone，权限位：31（adcwr）
* ZooDefs.Ids.READ_ACL_UNSAFE 只读权限，权限scheme id：'world,'anyone，权限位：1（r）
*
* CreateMode
* 节点类型，类型定义在枚举CreateMode中：
* （1）PERSISTENT：持久；
* （2）PERSISTENT_SEQUENTIAL：持久顺序；
* （3）EPHEMERAL：临时；
* （4）EPHEMERAL_SEQUENTIAL：临时顺序。
* @param data 创建节点初始化内容
* @throws Exception
*/
public void registerServer(String data) throws Exception {
String create = zk.create(parentNode + "test", data.getBytes(), ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
System.out.println(data + " 注册节点 " + create);
}
/**
* 业务功能
*
* @throws InterruptedException
*/
public void handleBussiness(String data) throws InterruptedException {
System.out.println(data + "开始handleBussiness");
Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 获取zk连接
DistributedServer server = new DistributedServer();
server.getConnect();
// 利用zk连接注册服务器信息
server.registerServer("test01");
// 启动业务功能
server.handleBussiness("test01");
}
}
分布式锁
/**
*
*分布式锁：几种实现方式，示例用临时顺序节点实现共享锁的一般做法
*
* 逻辑
* 1.zk上注册一个"临时+序号"的znode,并监听父节点
* 2.获取父节点下所有程序子节点，比较序号大小
* 3.序号最小的获取到"锁"，去访问资源，访问完后，删除自己的节点，释放锁，重新注册一个新的子节点
* 4.其他程序节点会收到事件通知，可以去zk上获取锁
*/
public class DistributedClientLock {
// 会话超时
private static final int SESSION_TIMEOUT = 2000;
// zookeeper集群地址
private String hosts = "localhost:2181";
private String groupNode = "servers";
private String subNode = "test";
private boolean haveLock = false;
private ZooKeeper zk;
/**
* 记录自己创建的子节点路径
* volatile 不是线程安全的，具有可见性，在一个子内存操作完后，立即刷新回到主内存。
* 如果不加Volatile，每次调用thisPath，会有副本，修改会有延迟，比如其它线程抢到没有修改完的数据，就在新的线程继续执行，造成最后数据值有误
* 比如：一个线程写，其它线程去读的时候，用的Volatile，比如监听新节点插入。
*/
private volatile String thisPath;
/**
* 连接zookeeper
*/
public void connectZookeeper() throws Exception {
zk = new ZooKeeper(hosts, SESSION_TIMEOUT, new Watcher() {
public void process(WatchedEvent event) {
try {
System.out.println(event.getType()+"____"+event.getPath());
/**
* 判断事件类型，此处只处理子节点变化事件
* event For “/path” event For “/path/child”
* create(“/path”) EventType.NodeCreated 无
* delete(“/path”) EventType.NodeDeleted 无
* setData(“/path”) EventType.NodeDataChanged 无
* create(“/path/child”) EventType.NodeChildrenChanged（getChild) EventType.NodeCreated
* delete(“/path/child”) EventType.NodeChildrenChanged（getChild) EventType.NodeDeleted
* setData(“/path/child”) 无 EventType.NodeDataChanged
*/
if (event.getType() == Event.EventType.NodeChildrenChanged && event.getPath().equals("/" + groupNode)) {
//获取子节点，并对父节点进行监听
List<String> childrenNodes = zk.getChildren("/" + groupNode, true);
String thisNode = thisPath.substring(("/" + groupNode + "/").length());
// 去比较是否自己是最小id
Collections.sort(childrenNodes);
if (childrenNodes.indexOf(thisNode) == 0) {
//访问共享资源处理业务，并且在处理完成之后删除锁
doSomething();
//重新注册一把新的锁
thisPath = zk.create("/" + groupNode + "/" + subNode, null, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,
CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
}
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
// 程序一进来就先注册一把锁到zk上
thisPath = zk.create("/" + groupNode + "/" + subNode, null, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,
CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
// wait一小会，便于观察
Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
// 从zk的锁父目录下，获取所有子节点，并且注册对父节点的监听
List<String> childrenNodes = zk.getChildren("/" + groupNode, true);
//如果争抢资源的程序就只有自己，则可以直接去访问共享资源
if (childrenNodes.size() == 1) {
doSomething();
thisPath = zk.create("/" + groupNode + "/" + subNode, null, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,
CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
}
}
/**
* 处理业务逻辑，并且在最后释放锁
*/
private void doSomething() throws Exception {
try {
System.out.println("锁: " + thisPath);
Thread.sleep(2000);
} finally {
System.out.println("完成: " + thisPath);
//删除当前节点
zk.delete(this.thisPath, -1);
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
DistributedClientLock dl = new DistributedClientLock();
dl.connectZookeeper();
Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
}
}